0cr18ni9型不銹鋼航空導管縱縫的自動化焊接工藝

張洪濤，郭紹華，王 翀

（陜西飛機工業（集團）有限公司，陜西 漢中 723215）

航空導管具備結構復雜、形式多樣的特點，是飛機上關鍵組成部件之一，在系統中實現對燃油液壓和氧氣環境等的控制，具備壓力傳遞以及燃油輸送的作用。航空機械制造的過程中，需要使用焊接工藝進行焊接工作，將單個部件組合在一起，航空導管組成相對簡單，主要包括單一導管、焊接導管和組合導管，具備輕量強韌和低消耗的優點，在飛機自動化制造的過程中，首先要實現航空導管的自動化焊接工藝，隨著機械制造工藝自動化焊接設備的出現，保證了單管整體成形的強度和韌性，自動化焊接設備有效推動了機械制造工藝的科學性和精確性，實現了焊接工藝自動化的可能性[1]。航空單一導管成形方法主要采用焊接的方法成形，對自動化程度要求較高，從而保證單管的制造精度，在自動化焊接工藝中，航空導管的焊接包括標準半管和非標準半管，導管主要成形方法為組裝焊接，并且有效避免焊接過程的差錯，從而完成航空導管的自動化焊接工作。而航空導管傳統焊接工藝中，很容易受到溫度和濕度等環境方面的影響，造成導管形狀產生變形，無法滿足自動化焊接對導管制造精度的需求，為此對0Cr18ni9型不銹鋼航空導管的自動化焊接工藝進行研究。

1 自動化焊接0Cr18ni9型不銹鋼航空導管

1.1 焊接設備

薄壁不銹鋼板的TIG焊接設備主要有焊接電源和焊接專機兩部分。

1.1.1 焊接電源和焊接程序控制電源

焊接電源主要是提供焊接電流，焊接程序控制電源主要是控制焊接功能如：提前送氣和滯后停氣；直流/脈沖電流；橫梁小車運動；送絲運動；橫擺功能；弧長控制等。焊接程序控制電源如圖1所示。

1.1.2 焊接專機

在薄壁不銹鋼板的TIG焊接，主要存在焊接工件變形和焊縫表面氧化的缺陷。焊接變形主要是薄壁不銹鋼板工件的長度大，在施焊的過程中，焊接的熱量積累嚴重，造成工件受熱不均勻，產生應力變形。焊縫表面氧化是由于熔池在未完全冷卻的情況下被空氣氧化，因為不銹鋼板在連續焊接中必須保證焊縫光亮無氧化，所以只有正面保護氣是不夠的，要配置輔助保護裝置。

本焊接專機主要有機座、琴鍵夾具、芯軸、軸端托架、行走小車。并配相應的十字滑架、送絲機、電纜總成、氣管、水管、檢測儀表和循環水泵等如下圖所示。

圖1 焊接程序控制電源

圖2 導管縱縫自動化焊接專機

1.2 工藝試驗流程

采用數控卷管機對板材（251.2mm×1000mm×0.8mm）卷制成直管，管徑為80mm，直管對縫間隙要求小于0.3mm。導管縱縫自動化焊接前需對焊絲和焊接邊20mm范圍導管內外表面清理，去除焊絲和焊接邊表面的氧化膜和油污。先化學清洗后，再采用機械打磨拋光清理[2]。采用琴鍵夾具對不銹鋼導管進行固定，保證對接間隙小于0.3mm。

不銹鋼焊絲的選擇。根據0cr18ni9型不銹鋼材質，自動化焊絲牌號為H0Cr19ni9，焊絲直徑為1.0mm，具體化學成分如表1所示。

表1 焊絲化學成分表

H0Cr19ni9焊絲與母材0Cr18ni9化學成分一致，滿足0Cr18ni9型不銹鋼的強度，具有良好的焊接接頭性能，且降低焊接材料成本。

焊接專機進行導管縱縫的自動化焊接，導管正反面進行氬氣保護，焊接過程中氬氣流量為5L/min。焊前不銹鋼航空導管通入2min純氬氣，保證導管空氣排除后方可進行焊接，導管冷卻后滯后斷氣。

2 焊接工藝參數選擇

對自動化焊接工藝進行規范，按95%、97%、98%、93%的比例設置各區電流。基值電流為第一焊區峰值電流的40%，合理控制熱輸入。焊速選擇500mm/min，控制線能量。起弧電流選擇較小，為第一區峰值電流的1/5，不超過20A。上升時間依第一焊區峰值電流而定，控制在5s～10s。在熄弧后仍持續送氣保護，送氣時間為5s。焊槍鎢極尺寸為1.6mm，鎢極端部距離焊縫1.5mm，選擇釷鎢，保證起弧可靠性，并適當填充焊絲，由機頭送絲機構按設定的速度自動送入焊縫。

3 試驗結果

（1）焊接外觀對比及分析。自動化焊接對比手工焊接，不僅提高生產效率，且焊接質量穩定，導管外表成形美觀，兩種工藝焊接質量效果如圖所示。

圖3 自動化焊接（左）手工焊接（右）

在焊接不銹鋼薄板時，手工氬弧焊因熱影響區域大，焊接區域受熱不均勻，造成焊縫外觀不均勻，焊接接頭變形大，局部出現焊瘤、咬邊、氣孔等缺陷，尤其在薄板焊接件表現尤為突出，焊接專機氬弧焊在一定程度是哪個彌補這一方面的不足，在焊接薄板時，薄板的加熱、冷卻都比較均勻，焊接過程中焊槍到焊縫的距離保持不變，焊接專機焊接作業具有相同的焊接參數，因此他焊接的工件在尺寸和質量方面都相對統一，焊縫外觀更加美觀。

表2 焊接接頭強度

（2）強度試驗。沿著導管焊縫的橫向方向，在焊縫三處位置取樣，試樣寬度為20mm，試樣剪開拉直后制成條狀拉伸試樣。按照國家標準進行拉伸強度試驗，自動化焊接接頭的拉伸強度和屈服強度見表2。

斷裂位置如圖所示。

圖4 焊縫斷裂位置

強度試驗結果表明：自動化焊接接頭拉伸試樣的斷裂位于母材上，接頭的強度與母材強度相當[3-5]。

4 結語

在飛機數字化制造的大環境下，對航空導管自動化焊接要求越來越高。本文工藝焊接技術提高了焊接單一導管的精度，提高了焊接速度，并通過對比實驗驗證了本文不銹鋼航空導管焊接工藝的有效性，從而提高了航空機械制造的效率。